要約: エネルギー源。自然エネルギー源自然エネルギー源

23.06.2020

人間は、自分自身の推進力から宇宙飛行士を宇宙に送るまで、さまざまな形のエネルギーを使用しています。

エネルギーには次の 2 種類があります。

コミットする能力（潜在的）
適切な作業 (キネティック)

さまざまな形で提供されます:

熱（熱）
光（放射）
動き（キネティック）
電気の
化学
原子力
重力

たとえば、人が食べる食品には化学物質が含まれており、仕事や生活の中で運動エネルギーとして使い切るまで、人の体は化学物質を蓄えます。

エネルギーの種類の分類

人々はさまざまな種類の資源を使用しています。石炭を燃やして生成された家庭用電気、核反応、川の水力発電などです。したがって、石炭、原子力、水力はソースと呼ばれます。人々が燃料タンクをガソリンで満たす場合、その原因は石油である場合もあれば、穀物の栽培と加工である場合もあります。

エネルギー源は2つのグループに分けられます:

再生可能
再生不可能

再生可能および再生不可能な資源は、熱などの利点の一次源として使用することも、電気などの二次エネルギー源を生成するために使用することもできます。

人々が家庭で電気を使用する場合、電気は、石炭や天然ガスの燃焼、核反応、川の水力発電所、または複数の供給源から生成される可能性があります。人々は車の燃料に原油 (再生不可能) を使用していますが、加工されたトウモロコシから作られるエタノールのようなバイオ燃料 (再生可能) を使用することもできます。

再生可能

主な再生可能エネルギー源は次の 5 つです。

サニー
地球内部の地熱
風力エネルギー
植物由来のバイオマス
流水による水力発電

木材、バイオ燃料、バイオマス廃棄物を含むバイオマスは、再生可能エネルギーの最大の供給源であり、すべての再生可能エネルギーの約半分、総消費量の約 5% を占めています。

再生不可能

現在消費されているリソースのほとんどは、再生不可能なソースからのものです。

石油製品
炭化水素液化ガス
天然ガス
石炭
原子力

再生不可能なタイプのエネルギーは、使用されるすべての資源の約 90% を占めています。

燃料消費量は時間とともに変化しますか

エネルギー源は時間とともに変化しますが、変化はゆっくりです。たとえば、石炭はかつて住宅や商業ビルの暖房用燃料として広く使用されていましたが、この目的での石炭の特定の使用は過去半世紀にわたって減少しています。

一次エネルギー消費全体に占める再生可能燃料の割合はまだ比較的小さいものの、その使用はすべての産業で増加しています。さらに、電力産業における天然ガスの使用は、天然ガス価格の低迷により近年増加していますが、このシステムにおける石炭の使用は減少しています。

エネルギーの合理的な使用

世界はまだエネルギー資源の不足を経験していませんが、代替エネルギー源が利用できない場合、またはエネルギー消費の増加が制限されている場合、今後 20 年から 30 年は非常に困難になる可能性があります。エネルギーをより合理的に使用する必要性は明らかです。エネルギーの貯蔵と輸送の効率を改善し、さまざまな産業、輸送、日常生活でより効率的に使用するための多くの提案があります。

エネルギー貯蔵。発電所の負荷は 1 日を通して変化します。季節の変化もあります。発電所の効率は、エネルギー負荷スケジュールの低下時に余剰電力を使用して大きな貯水池に水を汲み上げることで改善できます。その後、水はピーク時に放出され、揚水発電所で追加の電力を生成する必要があります。

より広い用途は、発電所のベースモード電力を使用して圧縮空気を地下の空洞に送り込むことです。圧縮空気タービンは、負荷が増加した期間に一次エネルギー資源を節約します。

送電。電力の伝送には大きなエネルギー損失が伴います。それらを低減するため、送電線や配電網の高電圧化が進んでいます。別の方向性は、超電導送電線です。一部の金属は、絶対零度に近い温度まで冷やすと電気抵抗がゼロになります。超電導ケーブルは、最大 10,000 MW の電力を伝送できます。一部のセラミック材料は、従来の冷凍技術で達成できるほど低くない温度で超伝導になることがわかっています。この驚くべき発見は、送電の分野だけでなく、陸上輸送、コンピューター技術、原子炉技術の分野でも重要な革新につながる可能性があります。

冷却剤としての水素。

水素は科学者によって未来の燃料として認識されています。これは、水素の使用がファッショナブルであるという事実によるものです。天然ガスの代わりに日常生活で、流通ネットワークとバーナーをわずかに変更します。キャブレターを改造する際の自動車燃料として輸送中。

唯一の欠点は、水素は実際には地球上で自由な形で発生せず、すべて酸化されて水になることです。それを得るには、太陽エネルギーを使用できます。このための設備は、水の電気分解（水に電流を流したとき）の結果として、水を水素と酸素に解離させるものです。このようなインストールの効率は15〜20％を超えません。水素は、天然ガスパイプラインを介してそれほど困難なく輸送できました。極低温タンクに液体で保存することもできます。水素は、チタンなどの一部の金属に容易に拡散します。このような金属に蓄積され、金属を加熱することで放出されます。

電磁流体力学 (MHD)。これは、化石燃料をより効率的に使用するための方法です。アイデアは、従来の機械発電機の銅電流巻線をイオン化された (導電性) ガスの流れに置き換えることです。 MHD 発電機は、石炭を燃やすときにおそらく最大の経済効果を生み出すことができます。可動機械部品がないため、非常に高温で動作でき、これにより高効率が保証されます。理論的には、このような発電機の効率は 50 ～ 60% に達する可能性があり、これは、最新の化石燃料発電所と比較して最大 20% の節約を意味します。さらに、MHD 発電機は廃熱の発生が少なくなります。それらの追加の利点は、ガス状の窒素酸化物と硫黄化合物の排出による大気の汚染が少ないことです。したがって、MHD 発電所は、環境を汚染することなく、硫黄含有量の高い石炭で稼働することができます。

エネルギー消費の限界。エネルギー消費の継続的な増加は、エネルギー資源の枯渇と環境汚染につながるだけでなく、最終的には地球上の温度と気候に大きな変化をもたらす可能性があります.

化学、核、さらには地熱源のエネルギーは、最終的には熱に変わります。それは地球の大気に移動し、平衡をより高い温度にシフトします。現在の人口増加率と 1 人あたりのエネルギー消費量では、2060 年までに気温上昇は 1? C. これは気候に顕著な影響を与えるでしょう。

さらに早い段階で、化石燃料の燃焼中に形成される大気中の二酸化炭素含有量の増加により、気候が変化する可能性があります。

生態学的問題により、人類はさらなる発展の道を選択する前に迫られました。それは、生産の無限の成長に焦点を合わせ続けるべきか、それとも、この成長が自然環境と人体の真の可能性と一致しているべきかということです。社会開発の当面の目標だけでなく、遠い目標にも対応します。

技術の進歩は、今日の環境危機の発生に決定的な役割を果たしています。技術文明の発展に伴い、環境危機とその結果のリスクが増加しています。そのような関係の源は、自然な存在であり、技術開発の担い手でもある人間自身です。

新しい低廃棄技術の創出。そして、閉じたサイクルで無駄のない生産を行うことで、壊れやすい生態系のバランスを崩すことなく、十分に高い生活水準を確保できます。

代替エネルギーへの段階的な移行は、きれいな空気を維持し、大気中の酸素の壊滅的な燃焼を止め、大気の熱汚染を排除し、それによって将来の子孫の命を救います。

なぜ今、これまでになく疑問が生じたのです：人類を待っているのは何ですか-エネルギー飢餓またはエネルギー豊富ですか？エネルギー危機に関する記事は、新聞や雑誌のページを離れることはありません。石油のせいで戦争が起こり、国家は栄え、貧しくなり、政府は取って代わられた。新しい設備の立ち上げやエネルギー分野での新しい発明についてのレポートは、新聞のセンセーションのカテゴリーに起因し始めました。巨大なエネルギープログラムが開発されており、その実施には莫大な努力と莫大な材料費が必要です。

前世紀の終わりに、現在最も一般的なエネルギーであるエネルギーが、一般に、世界のバランスにおいて補助的で取るに足らない役割を果たした場合、1930年にはすでに約3,000億キロワット時の電力が世界で生産されていました. 2000 年に 30 兆キロワット時が生産されるという予測は、非常に現実的です。巨大な数字、前例のない成長率! それでもエネルギーはほとんどなく、その需要はさらに急速に増加しています。

物質のレベル、そして究極的には人々の精神文化は、自由に使えるエネルギーの量に直接依存しています。鉱石を採掘したり、そこから金属を精錬したり、家を建てたり、何かを作るには、エネルギーを消費する必要があります。人間のニーズは常に増大しており、ますます多くの人々がいます。

では、なぜ停止するのですか？科学者と発明者は、エネルギー、主に電気を生成するための多くの方法を長い間開発してきました。それでは、発電所をどんどん建設しましょう。そうすれば、必要なだけのエネルギーが得られます。複雑な問題に対するこのような一見明白な解決策には、多くの落とし穴が潜んでいることが判明しました。

自然界の容赦ない法則によれば、使用可能なエネルギーは、他の形態からの変換によってのみ得られるとされています。残念ながら、エネルギーを生成し、それをどこからも取り出さないとされる永久機関は不可能です。そして、今日の世界のエネルギー経済の構造は、生産される 5 キロワットごとの 4 分の 1 が、原則として、原始人が暖めたのと同じ方法、つまり、燃料を燃やしたり、化学薬品を使用したりして得られるように発展してきました。蓄えられたエネルギーを火力発電所で電気に変換します。

もちろん、燃料を燃やす方法ははるかに複雑で完璧になっています。

新しい要因 - 原油価格の上昇、原子力エネルギーの急速な発展、環境保護に対する要求の高まりにより、エネルギーへの新しいアプローチが必要になりました。

わが国の最も著名な科学者、さまざまな省庁や部門の専門家がエネルギープログラムの開発に参加しました。最新の数学的モデルの助けを借りて、電子コンピューターは、国の将来のエネルギーバランスの構造に関する数百のオプションを計算しました。今後数十年間の国のエネルギー開発戦略を決定する根本的な解決策が見つかりました。

近い将来のエネルギー部門は、依然として再生不可能な資源を利用した火力工学に基づいていますが、その構造は変化します。油の使用を減らす必要があります。原子力発電所での発電量は大幅に増加します。クズネツク、カンスク・アチンスク、エキバストゥズ盆地など、まだ触れられていない安価な石炭の巨大な埋蔵量の使用が始まります。天然ガスは広く使用され、国内の埋蔵量は他国をはるかに上回っています。

国のエネルギープログラムは、21 世紀の前夜に私たちの技術と経済の基礎です。

しかし、科学者たちは、エネルギープログラムによって設定された期限を超えて先を見据えています。 21 世紀の入り口で、彼らは冷静に 3 番目のミレニアムの現実に自分自身を数えています。残念ながら、石油、ガス、石炭の埋蔵量は決して無限ではありません。自然がこれらの埋蔵量を作るのに数百万年かかりました。それらは数百年で使い果たされます。今日、世界は地上の富の略奪的な略奪を防ぐ方法について真剣に考え始めました。結局のところ、この条件下でのみ、燃料の備蓄は何世紀にもわたって維持できます。残念ながら、多くの産油国は今日のために生きています。彼らは自然に与えられた石油備蓄を容赦なく使い果たします。現在、これらの国の多く、特にペルシャ湾では、数十年でこれらの埋蔵量がなくなるとは考えずに、文字通り金で泳いでいます. 遅かれ早かれ、油田とガス田が枯渇するとどうなるでしょうか? エネルギーだけでなく、輸送や化学にも必要な最近の石油価格の上昇により、石油とガスに取って代わる他の種類の燃料について考えるようになりました。石油とガスの独自の埋蔵量がなく、それらを購入しなければならない国は、当時特に思慮深いものでした。

その間、世界中のますます多くの科学者とエンジニアが、人類にエネルギーを供給するという懸念の少なくとも一部を引き受けることができる、新しい非伝統的な供給源を探しています. 研究者は、さまざまな方法でこの問題の解決策を探しています。もちろん、最も魅力的なのは、流れる水と風、海の潮汐、地球内部の熱、太陽のエネルギーなど、永遠の再生可能なエネルギー源の使用です。核エネルギーの開発には多くの注意が払われており、科学者たちは星で起こるプロセスを地球上で再現し、巨大なエネルギーの蓄えを供給する方法を探しています。

エネルギー - すべての始まり

今日、人間の発達と改善は想像を絶するほどゆっくりしているように思えるかもしれません。彼は文字通り、自然からの恩恵を待たなければなりませんでした。彼は寒さに対して実質的に無防備であり、野生動物に絶えず脅かされ、彼の人生は常にバランスにかかっていました。しかし、徐々に、人は非常に発達したため、武器を見つけることができました。それは、考えて創造する能力と相まって、最終的にすべての生活環境よりも彼を高めました。最初、火は偶然に採掘されました-たとえば、落雷に打たれた燃えている木から、意識的に採掘され始めました.2つの適切な木片を互いにこすり合わせることにより、人は最初に80〜150,000の火をつけました数年前。命を与え、神秘的で、刺激的な自信とプライドの感覚 FIRE.

その後、人々は厳しい寒さや捕食動物との戦いで火を使う機会を拒否しなくなり、苦労して手に入れた食べ物を調理しました。どれだけの器用さ、忍耐力、経験、そしてただの運が必要だったのでしょう! 手付かずの自然に囲まれた人を想像してみてください-彼を保護する建物がなく、少なくとも基本的な物理法則の知識がなく、語彙が数十を超えていません。（ちなみに、私たちの何人が、確かな科学的背景を持った人でさえ、技術的な手段やマッチに頼ることなく火をつけることができましたか？）人類はこの発見に非常に長い時間をかけて歩き、広まりました.それはゆっくりと、しかし文明の歴史における大きな転換点の 1 つを示しました。

時は過ぎた。人々は体を温めることを学びましたが、自然を征服するのに役立つ自分の筋肉を除いて、老人は自由に使える力を持っていませんでした。それでも、徐々に、少しずつ、飼い慣らされた動物、風、水の力を使い始めました。歴史家によると、最初の草食動物は約 5,000 年前に鋤に利用されました。水エネルギーの最初の使用 - 水流によって駆動されるホイールを備えた最初のミルの起動 - についての言及は、私たちの年表の始まりを示しています。しかし、この発明が普及するまでには、さらに千年かかりました。そして今日知られているヨーロッパ最古の風車は 11 世紀に建てられました。

何世紀にもわたって、ペット、風、水などの新しいエネルギー源の使用は非常に少ないままでした. 人が家を建て、畑を耕し、「旅行」し、身を守り、攻撃した主なエネルギー源は、自分の腕と脚の力でした。そしてそれは千年紀の半ば頃まで続きました。確かに、すでに 1470 年に最初の大型 4 本マストの船が進水しました。 1500 年頃、天才レオナルドダヴィンチは非常に独創的な織機のモデルだけでなく、飛行機械の建設プロジェクトも提案しました。彼はまた、他の多くのものを所有しています。当時は単に素晴らしいアイデアと計画であり、その実装は知識と生産力の拡大に貢献するはずでした。しかし、人類の技術思想の真の転機は、比較的最近、3 世紀以上前に訪れました。

人類の科学的進歩の途上にあった最初の巨人の 1 人は、間違いなくアイザックニュートンでした。この傑出した英国の博物学者は、物理学、天文学、数学の科学に長い人生と卓越した才能を捧げました。彼は古典力学の基本法則を定式化し、重力理論を発展させ、流体力学と音響学の基礎を築き、光学の発展に大きく貢献し、ライビッツと共に原理を作成しました。理論微積分と対称関数の理論。 18 世紀と 19 世紀の物理学は、正当にニュートン物理学と呼ばれています。アイザックニュートンの作品は、人間の筋肉の強度と人間の脳の創造的な可能性を高めるのに多くの点で役立ちました。

水力発電所の利点は明らかです。つまり、自然自体が常に再生可能なエネルギーを供給し、操作が簡単で、環境汚染がありません。また、水車の建設と運転の経験は、水力発電業界にとって大きな助けになる可能性があります。しかし、大きな水力発電ダムの建設は、水車を回転させるための小さなダムの建設よりもはるかに困難な作業であることが判明しました。強力な水力タービンを回転させるには、ダムの背後に大量の水を蓄積する必要があります。ダムを建設するには非常に多くの材料を敷設する必要があるため、エジプトの巨大なピラミッドの体積は比較にならないほど小さく見えます。

そのため、20 世紀初頭には、わずかな水力発電所しか建設されませんでした。北コーカサスのピャチゴルスク近く、山川ポドクモクにある、「白炭」という意味のある名前のかなり大きな発電所が正常に稼働しました。これは始まりに過ぎませんでした。

すでに GOELRO の歴史的計画では、大規模な水力発電所の建設が想定されていました。 1926年、ヴォルホフスカヤ水力発電所が稼働し、翌年、有名なドニエプル水力発電所の建設が始まりました。わが国で追求された先見の明のあるエネルギー政策は、世界の他のどの国とは異なり、強力な水力発電所のシステムを開発したという事実につながりました。ヴォルガ、クラスノヤルスク、ブラーツク、サヤノ・シュシェンスカヤHPPのようなエネルギーの巨人を誇る州は1つもありません。文字通りエネルギーの海を提供するこれらのステーションは、強力な産業団地が開発された中心となっています。

しかし、これまでのところ、地球の水力発電の潜在力のうち、人々に役立っているのはごく一部にすぎません。毎年、雨や雪解け水によって形成された巨大な水の流れが、利用されずに海に流れ込んでいます。ダムの助けを借りてそれらを遅らせることができれば、人類はさらに膨大な量のエネルギーを受け取るでしょう.

地熱エネルギー

この小さな緑の惑星である地球は、私たちの共通の家であり、私たちはまだそこから離れることはできませんし、そうしたくありません. 無数の他の惑星と比較すると、地球は非常に小さく、そのほとんどが居心地の良い生命力のある緑に覆われています。しかし、この美しく穏やかな惑星は時々激怒し、ジョークはそれでうまくいきません-太古の昔から私たちに恵みを与えてきたすべてを破壊することができます. 恐ろしい竜巻と台風は何千人もの命を奪い、川と海の不屈の水は進路上のすべてを破壊し、森林火災は建物や作物とともに広大な領土を数時間で荒廃させます.

しかし、これらはすべて、目覚めた火山の噴火に比べれば些細なことです。自然エネルギーが地球上で自然に放出された例で、いくつかの火山に匹敵するほどの強さを示す例はほとんどありません。

太古の昔から、人々は地球の内部に潜む巨大なエネルギーが自然発生的に現れることを知っていました。人類の記憶には、何百万人もの人命を奪い、地球上の多くの場所の外観を認識できないほど変えた壊滅的な火山噴火についての伝説が残っています。比較的小さな火山でも噴火の力は巨大で、人間の手で作られた最大の発電所の力を何倍も上回ります。確かに、火山噴火のエネルギーの直接利用について話す必要はありません。これまでのところ、人々はこの反抗的な要素を抑える機会がなく、幸いなことに、これらの噴火は非常にまれな出来事です。しかし、これらは地球の腸に潜むエネルギーの現れであり、この無尽蔵のエネルギーのごく一部だけが火山の火を噴き出す通気口から抜け出す方法を見つけます。

地球のエネルギー - 地熱エネルギーは、地球の自然熱の利用に基づいています。地殻の上部には、深さ 1 km あたり 20 ～ 30°C の温度勾配があり、White (1965) によると、深さ 10 km までの地殻に含まれる熱の量 (表面温度) は約 12.6-10^26 J です。これらの資源は、4.6 10 16 トンの石炭 (石炭の平均発熱量を 27.6-10 9 J/t と仮定) の熱量に相当し、70 以上です。これは、技術的および経済的に回収可能な世界のすべての石炭資源の熱量の千倍です。しかし、地殻の上部 (深さ 10 km まで) の地熱は分散しすぎているため、これに基づいて世界のエネルギー問題を解決することはできません。産業利用に適した資源は、地熱エネルギーの個々の堆積物であり、開発に利用可能な深さに集中しており、電気または熱の生産に使用するのに十分な特定の量と温度を持っています。

地質学的観点から、地熱エネルギー資源は、熱水対流システム、火山起源の高温乾燥システム、および高熱流束を伴うシステムに分けることができます。

熱水システム

熱水対流システムのカテゴリには、間欠泉、硫黄泥湖、および噴気孔を形成する地表に到達する蒸気または熱水の地下プールが含まれます。このようなシステムの形成は、地球の表面に比較的近くに位置する高温または溶融岩石の熱源の存在に関連しています。高温の岩石のこのゾーンの上には、その下にある熱い岩石の結果として上昇する水を含む浸透性の岩石の層があります。次に、透水性の岩の上に不透水性の岩があり、過熱水の「トラップ」を形成します。しかし、この岩石に亀裂や細孔が存在すると、熱水や蒸気と水の混合物が地表に上昇します。熱水対流システムは通常、火山活動を特徴とする地殻の構造プレートの境界に沿って位置しています。

温水分野での発電は、原則として、表面の熱液を蒸発させて発生させた蒸気を利用する方式が採用されています。この方法は、温水（高圧）がプールから井戸の表面に近づくと、圧力が低下し、液体の約20％が沸騰して蒸気になる現象を利用しています。この蒸気は、セパレーターによって水から分離され、タービンに送られます。分離器を出た水は、そのミネラル組成に応じてさらに処理することができます。この水は、すぐに岩に戻すことができますが、経済的に正当化される場合は、そこからミネラルを事前に抽出することもできます。熱水地熱地帯の例としては、ニュージーランドのワイラケイとブロードランズ、メキシコのセロ・プリエト、カリフォルニアのソルトン海、日本の大竹などがあります。

高温または中温の地熱水から発電するもう 1 つの方法は、ダブルループ (バイナリ) サイクルを使用するプロセスの使用です。このプロセスでは、プールから得られた水を使用して、沸点の低い二次冷却材 (フロンまたはイソブタン) を加熱します。この液体を沸騰させて発生させた蒸気でタービンを回します。排気蒸気は凝縮され、再び熱交換器を通過するため、閉じたサイクルが作成されます。二次冷却剤としてフロンを使用する設備は、現在、75 ～ 150 °C の温度範囲で、単位電力が 10 ～ 100 kW の範囲で産業開発のために準備されています。このような設備は、適切な場所、特に遠隔地の農村地域で発電するために使用できます。

火山起源のホットシステム

2 番目のタイプの地熱資源 (火山起源の高温システム) は、マグマと不浸透性の高温乾燥岩 (マグマとその上にある岩の周りの硬化した岩のゾーン) です。マグマから地熱エネルギーを直接得ることは、まだ技術的に実現可能ではありません。高温で乾燥した岩石の力を利用するために必要な技術は、開発され始めたばかりです。これらのエネルギー資源を使用する方法の予備的な技術開発により、液体が循環し、熱い岩を通過する閉回路の構築が可能になります（ ご飯。 5）。最初に、熱い岩の領域に到達する井戸が掘削されます。次に、冷たい水が高圧下で岩に送り込まれ、岩に亀裂が形成されます。その後、このように形成された破砕岩のゾーンを通して第２の坑井が掘削される。最後に、地表からの冷水が最初の井戸に汲み上げられます。高温の岩石を通過する際に加熱され、蒸気または熱水の形で 2 番目の井戸から抽出され、前述のいずれかの方法で発電に使用できます。

高熱流束システム

3番目のタイプの地熱システムは、深部の堆積盆地が熱流の値が高いゾーンにある地域に存在します。パリやハンガリーの盆地などの地域では、井戸からの水の温度が 100 °C に達することがあります。

このタイプの堆積物の特別なカテゴリは、地面を通る通常の熱流が、急速に下降する地向斜帯または地殻の沈下領域に形成された断熱不浸透性粘土層に閉じ込められている地域で見られます。地圧帯の地熱鉱床からの水の温度は 150 ～ 180 °C に達することがあり、坑口の圧力は 28 ～ 56 MPa です。井戸ごとの毎日の生産量は、数百万立方メートルの液体になる可能性があります。地圧が上昇した地域の地熱プールは、北アメリカ、南アメリカ、極東、中東、アフリカ、ヨーロッパなど、石油やガスの探査中に多くの地域で発見されています。このような堆積物をエネルギー目的で使用する可能性はまだ実証されていません。

海のエネルギー

燃料価格の急激な上昇、燃料の入手困難、燃料資源の枯渇に関する報告 - これらすべての目に見えるエネルギー危機の兆候は、近年、海のエネルギーを含む新しいエネルギー源に多くの国で大きな関心を集めています。

海洋熱エネルギー

地球の表面の3分の2（3億6100万km 2）が海と海で占められているため、世界の海洋のエネルギー埋蔵量は膨大であることが知られています - 太平洋は1億8000万km 2です . 大西洋 - 9,300 万 km2、インド - 7,500 万 km2. 電流は 10 18 J のオーダーの値であると推定されています. しかし、これまでのところ、人々はこのエネルギーのごくわずかな部分しか使用できず、それでも大規模でゆっくりと資本投資を回収しているため、そのようなエネルギーはこれまで有望ではないように思われました。

過去 10 年間は、海洋の熱エネルギーの利用における一定の成功によって特徴付けられます。したがって、ミニOTESおよびOTES-1のインストールが作成されました（OTESは英語のOcean Thermal Energy Conversion、つまり海洋熱エネルギー変換の頭文字です-電気エネルギーへの変換について話しています）。 1979 年 8 月、ミニ OTES 火力発電所がハワイ諸島の近くで運転を開始しました。 3ヶ月半の試運転で十分な信頼性を示しました。 24 時間体制の継続的な運用では、故障はありませんでしたが、新しいインストールをテストするときに通常発生する小さな技術的な問題を数えると. その総出力は平均 48.7 kW、最大 -53 kW でした。この設置により、ペイロード、より正確にはバッテリーを充電するために、外部ネットワークに12 kW（最大15）が与えられました。生成された電力の残りは、プラント自体のニーズに費やされました。これらには、3 つのポンプの動作にかかるエネルギーコスト、2 つの熱交換器、タービン、および発電機での損失が含まれます。

次の計算では、3 つのポンプが必要でした。1 つは海から暖かい種を供給するため、2 つ目は約 700 m の深さから冷水を汲み上げるため、3 つ目はシステム自体の内部の二次作動流体を汲み出すため、つまり凝縮器から蒸発器。アンモニアは二次作動流体として使用されます。

mini-OTES ユニットはバージに搭載されています。その底の下には、冷たい水を取り入れるための長いパイプラインがあります。パイプラインは長さ700 m、内径50 cmのポリエチレンパイプで、パイプラインは容器の底に取り付けられており、必要に応じて素早く取り外すことができる特別なロックが付いています。ポリエチレンパイプは、パイプ容器システムを固定するために同時に使用されます。現在開発中のより強力な OTEC システムの固定は非常に深刻な問題であるため、このようなソリューションの独創性は疑いの余地がありません。

技術の歴史上初めて、mini-OTES ユニットは外部負荷に有用な電力を転送すると同時に、それ自体のニーズをカバーすることができました。ミニOTESの運用中に得られた経験により、より強力な火力発電所OTEC-1を迅速に構築し、このタイプのさらに強力なシステムの設計を開始することが可能になりました。

数十から数百の容量を持つ新しい OTES ステーションメガワット船なしで設計されています。これは1つの壮大なチューブで、その上部には丸い機械室があり、エネルギー変換に必要なすべてのデバイスが配置されています（ ご飯。 6）。水道パイプラインの上端は、深さ 25 ～ 0 の海に位置します。メートル。機械室は、パイプの周囲に約 100 m の深さで設計されており、アンモニア蒸気で動作するタービンユニットと他のすべての機器がそこに設置されます。構造物全体の質量は30万トンを超え、冷たい深海に1キロ近くも突き刺さるモンスターパイプで、その上部には小さな島のようなものがある。もちろん、システムを維持し、海岸と通信するために必要な通常の船を除いて、船はありません。

引き潮と流れのエネルギー。

何世紀にもわたって、人々は海の干満の原因について考えてきました。今日、強力な自然現象 - 海水のリズミカルな動き - が月と太陽の引力によって引き起こされていることが確実にわかっています。太陽は地球から 400 倍離れているため、はるかに小さい月の質量が太陽の質量の 2 倍の量で地球の炉床に作用します。そのため、月によって引き起こされる潮汐（月潮）が決定的な役割を果たします。海では満潮と干潮が理論上6時間12分30秒で交互に繰り返されます。月、太陽、地球が一直線上にある場合（いわゆる朔望潮）、太陽はその引力で月の影響を強め、強い潮汐が発生します（朔望潮または満潮）。太陽が地球と月のセグメント (正方形) に対して直角にあるとき、弱い潮が発生します (正方形、または干潮)。潮の干満は7日ごとに強弱が入れ替わります。

しかし、潮の干満の本当のコースは非常に複雑です。天体の動きの特徴、海岸線の性質、水深、海流、風の影響を受けます。

最高かつ最強の津波は、海や海に流れ込む浅くて狭い湾や川の河口で発生します。インド洋の津波は、河口から 250 km の距離でガンジス川の流れに逆らって転がります。大西洋の津波は、アマゾン川を 900 km 上まで伸びています。黒海や地中海などの閉鎖海域では、高さ 50 ～ 70 cm の小さな津波が発生します。

満潮と干潮の 1 サイクル、つまり満潮から満潮までの 1 サイクルで可能な最大電力は、次の式で表されます。

どこ R – 水の密度、 gは重力加速度、 Sは潮汐盆地の面積であり、 R・満潮時の段差。

（式からわかるように、潮汐エネルギーの使用には、潮の振幅が大きく、海岸の輪郭と地形により、海岸のそのような場所が最も適していると見なすことができます。大きな閉じた「プール」。

場所によっては、発電所の容量が 2 ～ 20 MW になることがあります。

太陽放射のエネルギーは広い範囲に分布する (つまり、密度が低い) ため、太陽エネルギーを直接使用するための設備には、十分な表面積を持つ収集装置 (コレクター) が必要です。

この種の最も単純なデバイスはフラットコレクターです。原則として、これは下から十分に断熱された黒いプレートであり、ガラスまたはプラスチックで覆われており、光を透過しますが、赤外線熱放射は現れません。真鍮とガラスの間のスペースには、ほとんどの場合黒いチューブが配置され、そこから水、油、水銀、空気、無水炭酸などが流れます。 P.日射、貫く甲斐終えたガラスまたはプラスチックがコレクターに侵入すると、黒いチューブとプレートに吸収され、作業を加熱します。彼女チューブで体内へ。熱放射はコレクターから出ることができないため、コレクター内の温度は周囲の気温よりもはるかに高くなります (200 ～ 500°C)。これがいわゆる温室効果です。実際、通常の庭のかつらは、太陽放射の単純な収集器です. しかし、熱帯地方から遠くなるほど、効果水平コレクターは問題ありませんが、太陽を追うように回転させるのは難しすぎてコストがかかります。したがって、そのようなコレクターは通常、南に対して特定の最適な角度で設置されます。

より複雑で高価な集光器は凹面鏡です。これは、入射放射を特定の幾何学的点 (焦点) の近くの小さな体積に集中させます。ミラーの反射面は、金属化されたプラスチックでできているか、大きな放物線ベースに取り付けられた多くの小さな平面ミラーで構成されています。特別なメカニズムのおかげで、このタイプのコレクターは常に太陽の方を向いています。これにより、できるだけ多くの太陽放射を集めることができます。ミラーコレクターの作業スペースの温度は 3000°C 以上に達します。

太陽エネルギーは、最も材料集約型のエネルギー生産の 1 つです。太陽エネルギーの大規模な使用は、材料の必要性の大幅な増加を伴い、その結果、原材料の抽出、それらの濃縮、材料の生産、ヘリオスタット、コレクター、その他の機器の製造のための労働力が必要になります。とその輸送。計算によると、太陽エネルギーを使用して 1 MW * 年間の電力を生成するには、10,000 ～ 40,000 工数が必要です。化石燃料の従来のエネルギーでは、この数字は 200 ～ 500 マンアワーです。

これまでのところ、太陽光線によって生成される電気エネルギーは、従来の方法で得られるものよりもはるかに高価です。科学者たちは、実験施設やステーションで実施する実験が、技術的な問題だけでなく経済的な問題の解決にも役立つことを望んでいます。しかし、それにもかかわらず、太陽エネルギー変換ステーションが建設され、機能しています。

1988 年以来、クリミアの太陽光発電所がケルチ半島で稼働しています。常識自体がその場所を決めているようです。まあ、そのような駅がどこにでも建設されるとしたら、それは主にリゾート、サナトリウム、レストハウス、観光ルートの地域にあります。多くのエネルギーが必要とされる地域では、環境を清潔に保つことはさらに重要です。環境の健康、そして何よりも空気の純度が人間の癒しとなります。

クリミアの太陽光発電所は小規模で、容量はわずか 5 MW です。ある意味、彼女は力の試練です。とはいえ、他の国でソーラーステーションを建設した経験が知られている場合、他に何を試みる必要があるように思われますか。

80 年代初頭のシチリア島では、1 メガワットの容量を持つ太陽光発電所が電流を供給しました。その仕事の原則も塔です。鏡は太陽光線を高さ 50 メートルの受光器に集光します。そこでは、600°Cを超える温度の蒸気が生成され、それに接続された電流発生器を備えた従来のタービンを駆動します。同様のモジュールを相互に接続してグループ化すれば、10 ～ 20 MW およびそれ以上の容量の発電所をこの原理で動作させることができることは否定できないほど証明されています。

スペイン南部のアルケリアにある、ちょっと変わったタイプの発電所。その違いは、タワーの上部に集中した太陽熱がナトリウムサイクルを動かし、すでに水を加熱して蒸気を形成することです. このオプションには多くの利点があります。ナトリウム蓄熱器は、発電所の連続運転を保証するだけでなく、曇りや夜間の運転のために余分なエネルギーを部分的に蓄積することも可能にします。スペインのステーションの容量はわずか 0.5 MW です。しかし、その原則では、最大 300 MW のはるかに大きなものを作成できます。このタイプの設備では、太陽エネルギーの集中が非常に高いため、蒸気タービンプロセスの効率は従来の火力発電所よりも悪くありません。

専門家によると、太陽エネルギーの変換に関する最も魅力的なアイデアは、半導体での光電効果の利用です。

しかし、たとえば、赤道近くの太陽光発電所は、1 日の出力が 500 MWh (かなり大きな水力発電所で生成されるエネルギー量にほぼ等しい) で、効率は 10% には、約 500,000 m 2 の有効表面積が必要です。このような膨大な量の太陽電池セルが可能であることは明らかです。彼らの生産が本当に安いときだけ報われます。地球の他の地域の太陽光発電所の効率は、不安定な大気条件、晴れた日でもここでは大気によってより強く吸収される太陽放射の強度が比較的低いため、低くなるでしょう。昼と夜の交代。

それにもかかわらず、太陽電池はすでに今日、特定のアプリケーションを見つけています。それらは、ロケット、衛星、自動惑星間ステーション、および地球上で実質的に不可欠な電流源であることが判明しました-主に、非電化地域の電話ネットワークに電力を供給するため、または小さな電流消費者（無線機器、電気かみそり、ライターなど）。）。半導体太陽電池パネルは、ソビエトの 3 番目の人工地球衛星 (1958 年 5 月 15 日に軌道に打ち上げられた) に最初に設置されました。

進行中の作業、進行中の評価。これまでのところ、彼らは太陽光発電所を支持していないことを認めなければなりません.今日、これらの施設は依然として太陽エネルギーを使用するための最も複雑で最も高価な技術的方法の1つです. 新しい選択肢、新しいアイデアが必要です。それらに不足はありません。実装は悪いです。

原子力。

原子核の崩壊を研究していると、それぞれの原子核の重さは、その陽子と中性子の質量の合計よりも小さいことがわかりました。これは、陽子と中性子が結合して原子核を形成するときに、多くのエネルギーが放出されるためです。 1 g あたりの原子核の質量の損失は、石炭 300 台の貨車を燃やすことによって得られる熱エネルギーの量に相当します。したがって、原子核を「開き」、そこに隠された膨大なエネルギーを解放するための鍵を見つけるために、研究者があらゆる努力を払ってきたことは驚くべきことではありません。

最初は、このタスクは克服できないように見えました。科学者が中性子を道具として選んだのは偶然ではありません。この粒子は電気的に中性であり、電気反発力の影響を受けません。したがって、中性子は原子核に容易に侵入することができます。中性子は、個々の元素の原子核に衝突しました。番がウランになると、この重元素は他の元素とは異なる振る舞いをすることが判明しました。ちなみに、天然ウランにはウラン238（238U）、ウラン235（235U）、ウラン234（234U）の3つの同位体が含まれており、数字は質量数を表しています。

ウラン 235 の原子核は、他の元素や同位体の原子核よりもはるかに不安定であることが判明しました。 1つの中性子の影響下で、ウランの核分裂（分裂）が起こり、その核は崩壊して2つのほぼ同一の断片、たとえばクリプトンとバリウムの核になります。これらの破片は、高速でさまざまな方向に散乱します。

しかし、このプロセスで重要なことは、1 つのウラン原子核の崩壊が 2 つまたは 3 つの新しい自由中性子を生成することです。その理由は、重いウラン原子核には、2 つの小さな原子核を形成するのに必要な量よりも多くの中性子が含まれているためです。「建築材料」が多すぎるので、原子核はそれを取り除かなければなりません。

新しい中性子のそれぞれは、最初の中性子が 1 つの原子核を分割したときに行ったことと同じことを行うことができます。確かに、有利な計算: 1 つの中性子の代わりに、次の 2 つまたは 3 つのウラン 235 原子核を分割する同じ能力を持つ 2 つまたは 3 つの中性子が得られます。そしてそれは続きます：連鎖反応が起こり、それが制御されない場合、それは雪崩になり、強力な爆発、つまり原子爆弾の爆発で終わります。このプロセスを制御することを学んだことで、人々はウランの原子核からほぼ継続的にエネルギーを受け取る機会を得ました。このプロセスは、原子炉で制御されます。

原子炉は、制御された連鎖反応が起こる装置です。この場合、原子核の崩壊は、熱と中性子の両方の調整された供給源として機能します。

原子炉の最初のプロジェクトは、1939 年にフランスの科学者フレデリックジョリオキュリーによって開発されました。しかし、すぐにナチスがフランスを占領し、プロジェクトは実施されませんでした。

ウラン核分裂の連鎖反応は、イタリアの科学者エンリコ・フェルミが率いる研究者グループがシカゴ大学のスタジアムに建設した原子炉で、1942 年にアメリカで初めて行われました。この原子炉の寸法は 6x6x6.7 m で、出力は 20 kW でした。外部冷却なしで機能しました。

ソ連（およびヨーロッパ）で最初の原子炉は、Acadのリーダーシップの下で建設されました。 I. V. クルチャトフと 1946 年に発売

今日、原子力発電は前例のないペースで発展しています。 30 年間で、原子力発電所の総容量は 5,000 キロワットから 2,300 万キロワットに増加しました。一部の科学者は、21 世紀までに世界の全電力の約半分が原子力発電所によって生成されるとの意見を持っています。

原則として、原子炉は非常に単純です。その中では、従来のボイラーと同じように、水が蒸気に変わります。これを行うには、ウラン原子または他の核燃料の崩壊の連鎖反応中に放出されるエネルギーを使用します。原子力発電所には巨大な蒸気ボイラーはありません。何千キロにも及ぶ鋼管で構成されており、その中を水が巨大な圧力の下で循環し、蒸気になります。この巨像は、比較的小さな原子炉に置き換えられました。

熱中性子の原子炉は、主に2つの点で互いに異なります。どの物質が中性子減速材として使用され、どの物質が冷却材として使用され、どの熱が炉心から除去されるかです。現在最も普及しているのは、通常の水が中性子減速材と冷却材の両方として機能する加圧水型原子炉、ウラン黒鉛原子炉 (減速材は黒鉛、冷却材は通常の水)、ガス黒鉛炉 (減速材は黒鉛) です。、冷却剤はガス、多くの場合二酸化炭素です）、重水炉（減速材 - 重水、冷却材 - 重水または普通の水）。

ない ご飯。 9加圧水型原子炉の概略図が示されています。原子炉の炉心は、水と燃料要素集合体が入った厚肉の容器です。燃料棒から発生した熱は水に吸収され、その温度が大幅に上昇します。

設計者は、そのような原子炉の出力を 100 万キロワットにまで引き上げました。 Zaporozhye、Balakovo、およびその他の原子力発電所には、強力な電源ユニットが設置されています。まもなく、この設計の原子炉は、出力の点で、記録保持者であるイグナリナ原子力発電所からの150万に追いつくようです。

しかし、それでも、核エネルギーの未来は明らかに、科学者によって提案された動作原理と設計である高速中性子原子炉である第3のタイプの原子炉にとどまるでしょう。それらは増殖炉とも呼ばれます。従来の原子炉は低速中性子を使用しており、天然ウランの約 1% に過ぎない希少な同位体であるウラン 235 で連鎖反応を引き起こします。そのため、ウラン原子が文字通りふるいにかけられ、その中から1種類のウラン235のみの原子を選択する巨大なプラントを構築する必要があります。残りのウランは、従来の原子炉では使用できません。この希少なウラン同位体は、いつまでも十分に利用できるのだろうか、それとも人類は再びエネルギー資源の不足という問題に直面するのだろうか?

30 年以上前、この問題は物理エネルギー研究所の研究室のスタッフに提起されました。彼女は解決しました。研究所長のアレクサンダー・イリイチ・ライプンスキーは、高速中性子炉の設計を提案した。 1955年、最初のそのような施設が建設されました。高速中性子炉の利点は明らかです。それらでは、天然のウランとトリウムのすべての埋蔵量をエネルギーを得るために使用することができ、それらは巨大です - 世界の海だけで40億トン以上のウランが溶解しています.

人類のエネルギー収支において、核エネルギーが確固たる地位を占めていることは間違いありません。今後も確実に発展し、人々に必要なエネルギーを確実に供給していきます。ただし、原子力発電所の信頼性とトラブルのない運用を確保し、科学者とエンジニアが必要な解決策を見つけることができるようにするためには、追加の対策が必要です。

水素エネルギー

多くの専門家は、経済と経済の絶え間ない電化への傾向がますます強まっていることに懸念を表明しています。火力発電所、数百の新しい原子力発電所、そして初期の太陽光発電所、風力発電所、地熱発電所でますます多くの化学燃料が燃やされています。ますます大規模になり（最終的には独占的に）、電気エネルギーの生産に使用されます。そのため、科学者は根本的に新しいエネルギーシステムを探すことに忙殺されています。

効率設計者はそれを増やすためにあらゆる努力をしていますが、火力発電所は比較的低いです。現代の化石燃料発電所では約 40%、原子力発電所では 33% です。この場合、エネルギーの大部分が廃熱で失われ（たとえば、冷却システムから排出される温水と一緒に）、いわゆる環境の熱汚染につながります。このことから、火力発電所は、十分な量の冷却水がある場所、または空冷が微気候に悪影響を及ぼさない風の強い地域に建設する必要があります。これに加えて、安全性と衛生上の問題があります。そのため、将来の大規模原子力発電所は、人口密集地域からできるだけ離れた場所に配置する必要があります。しかし、このようにして、電力源が消費者から取り除かれ、送電の問題が非常に複雑になります。

電線による送電は非常に高価です。消費者にとっては、エネルギーのコストの約 3 分の 1 です。コストを抑えるために、電力線はますます高い電圧で構築されており、間もなく 1,500 kV に達するでしょう。しかし、架空の高圧線は、広い土地を疎外する必要があり、さらに、非常に強い風やその他の気象要因に対して脆弱です。また、地中ケーブルラインは 10 ～ 20 倍の費用がかかり、例外的な場合にのみ敷設されます (たとえば、構造上または信頼性の考慮事項が原因である場合)。

最も深刻な問題は、電力の蓄積と貯蔵です。発電所は、一定の電力と全負荷で最も経済的に稼働するためです。一方、電力需要は日、週、年によって変化するため、発電所の電力はそれに適応する必要があります。将来の使用のために大量の電力を貯蔵する唯一の方法は、現在、揚水発電所によって提供されていますが、これには多くの問題があります。

多くの専門家によると、現代のエネルギーが直面しているこれらの問題はすべて、燃料としての水素の使用と、いわゆる水素エネルギー経済の創出を可能にする可能性があります。

あらゆる化学元素の中で最も単純で軽量な水素は、理想的な燃料と見なすことができます。水さえあればどこでも利用できます。水素を燃やすと水が発生し、再び水素と酸素に分解されるため、環境汚染は発生しません。水素炎は、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化硫黄、炭化水素、灰、有機過酸化物など、他の種類の燃料の燃焼に必然的に伴う生成物を大気中に放出しません。水素は非常に高い発熱量を持っています。 gの水素が燃焼すると、120 Jの熱エネルギーが得られ、1 gのガソリンを燃焼させると、わずか47 Jになります。

水素は、天然ガスのようにパイプラインを介して輸送および分配できます。燃料のパイプライン輸送は、エネルギーを長距離伝送する最も安価な方法です。また、パイプラインは地下に敷設されているため、景観を損なうことはありません。ガスパイプラインは、架空の電線よりも占有面積が小さくなります。水素ガスの形でエネルギーを 750 mm のパイプラインで 80 km 以上伝送すると、同量のエネルギーを交流の形で地中ケーブルで伝送するよりもコストが低くなります。 450 km を超える距離では、水素のパイプライン輸送は 40 kV DC 架空送電線を使用するよりも安価であり、900 km を超える距離では、500 kV AC 架空送電線よりも安価です。

水素は合成燃料です。石炭、石油、天然ガスから、または水の分解によって得ることができます。推定によると、現在、世界では年間約 2,000 万トンの水素が生産および消費されています。この量の半分はアンモニアと肥料の生産に費やされ、残りは石炭やその他の燃料の水素化のために、冶金で気体燃料から硫黄を除去するために費やされます。今日の経済では、水素はエネルギー原料というよりも化学物質のままです。

最新の有望な水素製造方法

現在、水素は主に (約 80%) 石油から製造されています。しかし、このような水素から得られるエネルギーは、ガソリンの燃焼から得られるエネルギーの 3.5 倍のコストがかかるため、これはエネルギーにとって不経済なプロセスです。さらに、石油価格の上昇に伴い、このような水素のコストは常に上昇しています。

電気分解によって少量の水素が生成されます。水の電気分解による水素の製造は、石油からの製造よりも費用がかかりますが、原子力エネルギーの開発により拡大し、安価になります。水電解ステーションは、原子力発電所の近くに設置することができ、発電所で生成されたすべてのエネルギーを使用して水を分解し、水素を生成します。確かに、電解水素の価格は電流の価格よりも高いままですが、水素の輸送と流通のコストは非常に小さいため、消費者にとっての最終的な価格は、電気の価格と比較して十分に受け入れられるでしょう.

今日、研究者は、触媒、半不透過性膜などを使用して、高温水蒸気電気分解を使用したより効率的な水分解により、大規模な水素製造の技術プロセスのコストを削減するために集中的に取り組んでいます。

（将来的には）2500°Cの温度で水を水素と酸素に分解する熱分解法に多くの注意が払われています。しかし、エンジニアは、原子エネルギーで動作するものを含む大規模な技術ユニットでそのような温度制限をまだマスターしていません（高温原子炉では、これまでのところ約1000°Cの温度のみを考慮しています）。したがって、研究者は、1000°C 未満の温度範囲で水素を生成できる、いくつかの段階で行われるプロセスの開発に取り組んでいます。

1969 年、Euratom のイタリア支社では、水素の熱分解生産プラントが稼働し、効率的に稼働しました。 730℃で55%。この場合、臭化カルシウム、水および水銀が使用された。プラント内の水は水素と酸素に分解され、残りの試薬はサイクルを繰り返し循環します。その他 - 700 ～ 800°C の温度で動作するように設計された設備。高温原子炉は効率を高めると考えられています。そのようなプロセスは最大 85% です。現在、水素の価格を正確に予測することはできません。しかし、すべての現代的なエネルギーの価格が上昇する傾向にあることを考えると、長期的には、水素の形のエネルギーは天然ガスの形よりも安くなり、おそらく電気の形よりも安くなると考えられます.

水素の利用

水素が今日の天然ガスと同じくらい手頃な価格の燃料になると、あらゆる場所で水素に取って代わることができるようになります。水素は、天然ガスの燃焼に使用されている今日のバーナーとほとんど変わらない、バーナーを備えたストーブ、給湯器、暖房用ストーブで燃焼できます。

すでに述べたように、水素が燃焼すると、有害な燃焼生成物は残りません。したがって、水素を動力源とする加熱装置のためにこれらの製品を除去するシステムは必要ありません.さらに、燃焼中に形成される水蒸気は有用な製品と見なすことができます-それは空気を加湿します（ご存知のように、セントラルヒーティングを備えた現代のアパートでは、空気が乾燥しすぎている）。また、煙突がないことで建設費が節約できるだけでなく、暖房効率が 30% 向上します。

水素は、肥料や食品の製造、冶金や石油化学など、多くの産業で化学原料としても使用できます。また、地元の火力発電所での発電にも使用できます。

結論。

文明の維持とさらなる発展におけるエネルギーの役割は明白です。現代社会では、直接的または間接的に人間の筋肉が提供できる以上のエネルギーを必要としない人間活動の領域を少なくとも1つ見つけることは困難です.

エネルギー消費量は、生活水準の重要な指標です。森の果物を集めたり動物を狩ったりして食料を得ていた当時、人は1日に約8MJのエネルギーを必要としていました。火の習得後、この値は 16 MJ に増加しました。原始的な農業社会では 50 MJ であり、より発展した社会では 100 MJ でした。

私たちの文明が存在する間に、伝統的なエネルギー源が新しい、より高度なエネルギー源に何度も変更されてきました. 古いソースが使い果たされたからではありません。

太陽は常に輝いていて、人を暖めていました。それにもかかわらず、ある日、人々は火を飼いならし、木を燃やし始めました。その後、木材は石炭に取って代わられました。木材の在庫は無限にあるように見えましたが、蒸気機関はより高カロリーの「飼料」を必要としていました。

しかし、それはただの段階でした。石炭は間もなくエネルギー市場でのリードを石油に奪われます。

そして今、私たちの時代の新しいラウンドですが、主な種類の燃料は依然として石油とガスです。しかし、新しい立方メートルのガスまたは1トンの石油ごとに、さらに北または東に移動し、地面をより深く掘り下げる必要があります。石油とガスのコストが毎年ますます高くなっているのも不思議ではありません。

置換？新しいエネルギーのリーダーが必要です。それらは間違いなく核の発生源になるでしょう。

ウランの埋蔵量は、たとえば石炭の埋蔵量と比較すると、それほど大きくないようです。しかし一方で、単位重量あたり、石炭の数百万倍のエネルギーを含んでいます。

その結果は次のとおりです。原子力発電所で発電する場合、石炭からエネルギーを抽出する場合よりも 10 万分の 1 の費用と労力を費やす必要があると考えられています。そして、核燃料が石油と石炭に取って代わります... それは常にこのようなものでした.次のエネルギー源もより強力でした. それはいわば「好戦的な」エネルギー線だった。

過剰なエネルギーを求めて、人は自然現象の要素の世界にどんどん深く入り込み、しばらくの間、自分の行為や行動の結果について本当に考えていませんでした。

しかし、時代は変わりました。さて、20 世紀の終わりに、地上エネルギーの新しい重要な段階が始まります。「節約」エネルギーがありました。人が座っている枝を切らないように作られています。彼は、すでに深刻な被害を受けている生物圏の保護を担当しました。

間違いなく、将来的には、集中的な開発のラインと並行して、電力産業は幅広い市民権と広範なラインを取得します。高出力ではないが、高効率で環境に優しく、使いやすい分散型エネルギー源です。

この顕著な例は、電気化学エネルギーの急速な開始であり、後に太陽エネルギーによって補完されるようです。エネルギーは、すべての最新のアイデア、発明、科学の成果を非常に迅速に蓄積、同化、吸収します。これは理解できます。エネルギーは文字通りすべてのものとつながっており、すべてのものはエネルギーに引き寄せられ、それに依存しています。

したがって、エネルギー化学、水素エネルギー、宇宙発電所、反物質に封印されたエネルギー、クォーク、「ブラックホール」、真空 - これらは、私たちの目の前で書かれているシナリオの最も印象的なマイルストーン、ストローク、個々の特徴にすぎません。明日と呼べるエネルギー。

エネルギーの迷宮。不思議な通路、狭く曲がりくねった道。謎、障害、予想外の洞察、悲しみと敗北の叫び、喜びと勝利のクリックに満ちています。人類のとげのある、困難な、間接的なエネルギー経路。しかし、私たちはエネルギーの豊かさの時代への道を進んでおり、すべての障害、障壁、困難は克服されると信じています。

エネルギーの話は尽きることがなく、そのための効果的かつ経済的な方法を開発しなければならないという条件で、その使用の代替形態は無数にあります. エネルギーの必要性、エネルギー源、その品質、およびコストについてのあなたの意見はそれほど重要ではありません。私たち、どうやら。名前は不明のままである学識のある賢者が言ったことにのみ同意する必要があります。「簡単な決定はありません。合理的な選択しかありません。」

参考文献

1. 1. オーガスタ・ゴールディン。エネルギーの海。 -あたり。英語から。 - M.: ナレッジ、1983 年。 - 144 ページ。

2. 2. Balanchevadze V. I.、Baranovsky A. I. など。エド。 A. F. ディアコバ。今日と明日のエネルギー。 – M.: Energoatomizdat, 1990. – 344 p.

3. 3. 十分です。世界のエネルギーの未来に対する楽観的な見方 / Ed. R.クラーク: パー。英語から。 – M.: Energoatomizdat, 1984. – 215 p.

4. 4. Burdakov V.P. 宇宙からの電気。 – M.: Energoatomizdat, 1991. – 152 p.

5. 5. N. V. Vershinsky、海のエネルギー。 – M.: Nauka、1986. – 152 p.

6. 6. Gurevich Yu. コールドバーニング。 //量子。 - 1990年 - 第6号。 - 美術。 9-15。

7. 7. エネルギー源。事実、問題、解決策。 - M.: 科学と技術、1997. - 110 p.

8. 8. Kirillin V. A. Energy。主な問題: 質疑応答で。 - M.: ナレッジ、1990 年。 - 128 ページ。

9. 9. Yu. D. Kononov. エネルギーと経済学. 新しいエネルギー源への移行の問題。 – M.: Nauka、1981. – 190 p.

10.10. メルクロフ O. P. 未来のエネルギーをきっかけに。 - K .: Naukova Dumka, 1991. - 123 p.

11.11. 世界のエネルギー: 2020 年までの開発予測 / Per. 英語から。編。 Yu. N. Starshikova。 - M.: エネルギー、1980. - 256 p.

12.12. 非伝統的なエネルギー源。 - M.: ナレッジ、1982 年。 - 120 ページ。

13.13. Podgorny A. N. 水素エネルギー。 - M.: Nauka、1988. - 96 p.

14.14. Sosnov A. Ya. 地球のエネルギー。 - L.: Lenizdat, 1986. - 104 p.

15.15. シェイドリン A. E. 新しいエネルギー。 – M.: Nauka、1987. – 463 p.

16.16. Shulga V. G.、Korobko B. P.、Zhovmir M. M. ウクライナにおける非伝統的かつ革新的なエネルギー源の導入の主な結果// エネルギーと電化。 - 1995 - 第 2 号。 - 美術。 39-42。

17.17. 世界のエネルギー: MIREC / Ed. の XI コングレスのレポートの翻訳。 P. S. ネポロジニー。 – M.: Energoatomizdat, 1982. – 216 p.

18.18. 世界のエネルギー資源 / Ed. P.S. Neporozhny、V.I. ポプコフ。 – M.: Energoatomizdat, 1995. – 232 p.

19.19.ゆう。トルデシ、Y.レスニー。世界はエネルギーを求めています。 – M.: Mir, 1981. – 440 p.

20.20. ユダシン L.S. エネルギー: 問題と希望。 - M.: 悟り、1990 年。 - 207p。

簡単な説明

前世紀の終わりに、現在最も一般的なエネルギーである電気が、一般に、世界のバランスにおいて補助的で取るに足らない役割を果たしていたとすれば、1930年にはすでに約3000億キロワット時の電力が世界で生産されていました. 2000 年に 30 兆キロワット時が生産されるという予測は、非常に現実的です。巨大な数字、前例のない成長率! それでもエネルギーはほとんどなく、需要はさらに急速に伸びています。

はじめに……………………………………………………………………3
1. エネルギーの種類………………………………………………………………4
1.太陽のエネルギー………………………………………………………………4
2. 風力エネルギー………………………………………………………….5
3. 川のエネルギー………………………………………………………………..6
4. 大地のエネルギー………………………………………………………………..6
5. 海のエネルギー………………………………………………………….7
6. 原子力………………………………………………………….14

結論………………………………………………………………..16

参考文献………………………………………………………….17

作業内容 - 2ファイル

しかし、暖房だけでなく、人々は地球の奥深くからエネルギーを引き出します。地下温泉を利用した発電所は古くから稼働しています。最初のそのような発電所は、まだ非常に低出力で、1904 年にイタリアの小さな町ラルデレロに建設されました。この名前は、1827 年にこの地域で多数の温泉を使用するためのプロジェクトを作成したフランス人エンジニアのラルデレリにちなんで名付けられました。徐々に、発電所の容量が増加し、ますます多くの新しいユニットが稼働し、新しい温水源が使用され、今日、ステーションの電力はすでに36万キロワットという印象的な値に達しています。ニュージーランドでは、ワイラケイ地域にそのような発電所があり、その容量は 160,000 キロワットです。米国のサンフランシスコから 120 キロ離れた地熱発電所では、50 万キロワットの発電能力があります。

ワット。

海のエネルギー

海洋のエネルギー埋蔵量が膨大であることは知られています。そのため、海底の水と比較して海面の水が過熱することに対応する熱 (内部) エネルギー (たとえば 20 度) は、10^26 J のオーダーの値を持ちます。海流の運動エネルギーは次のとおりです。 10^18 J のオーダーの値であると見積もられています。しかし、これまでのところ、人々はこのエネルギーのごく一部しか利用できず、それでも大規模でゆっくりと資本投資を回収するという犠牲を払って、そのようなエネルギーは非常に多くなっています。はるかに見込みがないように見えました。

しかし、進行中の化石燃料 (主に石油とガス) の非常に急速な枯渇は、その使用が重大な環境汚染 (ここでは、熱による「汚染」と気候への影響を脅かす大気中の二酸化炭素のレベルの増加を含む) にも関連しています。、埋蔵ウラン（そのエネルギー使用は有害な放射性廃棄物も生成する）の急激な制限と、核融合エネルギーの工業的使用のタイミングと環境への影響の両方の不確実性により、科学者とエンジニアはコストを削減する方法を見つけることにますます注意を払うことを余儀なくされています.・広大で無害なエネルギー源を有効に活用し、河川の水位変化だけでなく、太陽熱、風、海のエネルギーを有効活用する。

海洋エネルギーを使用する最も明白な方法は、潮力発電所 (TPP) を建設することです。 1967 年以来、フランスのランス川の河口では、最大潮位 13 メートルで、容量 24 万 kW の TPP が年間出力 54 万 kWh で稼働しています。ソ連の技術者ベルンシュテインは、適切な場所に曳航される PES ユニットを構築する便利な方法を開発し、消費者による最大負荷の時間帯に電力網で PES をオンにするための費用対効果の高い手順を計算しました。彼のアイデアは、1968 年にムルマンスク近くのキスラヤグバに建設された PES でテストされました。バレンツ海のメゼン湾で 600 万 kW の TPP がその番を待っています。

海洋エネルギーの予想外の機会は、エネルギー源としての天然ガスに取って代わるメタンに容易に処理される、急速に成長する巨大なコンブ藻類の海での筏からの養殖であることが判明しました。入手可能な見積もりによると、1 ヘクタールのケルププランテーションは、各人、つまり消費者に十分なエネルギーを供給するのに十分です。

「海洋熱エネルギー変換」（OTEC）が注目されています。例えば、クローズドタービンサイクルでプロパン、フレオン、アンモニウムなどの揮発性液体を使用する場合、ポンプによって吸い込まれる海洋表層水と海洋深層水の温度差によって発電します。ある程度似ていますが、おそらくもっと遠いように見える限り、海水と川の水など、塩と淡水との違いにより、電力を得る見通しはより遠いようです.

海の波によって作動する発電機のモックアップには、すでに多くのエンジニアリング技術が投入されており、数千キロワットの容量を持つ発電所の見通しが議論されています。メキシコ湾流のように激しく安定した海流での巨大なタービンは、さらに多くのことを約束します。

提案された海洋発電所のいくつかは、現時点で実装され、すでに収益を上げることができるようです。同時に、科学者や工学者の創造的な熱意、芸術、創意工夫が、海洋のエネルギー資源の産業利用の既存のものを改善し、新しい展望を生み出すことが期待されるべきです。現在の科学的および技術的進歩のペースにより、今後数十年で海洋エネルギーに大きな変化が起こるはずです。

海は、宇宙から入ってくる地球外のエネルギーで満たされています。入手可能で安全で、環境を汚染せず、無尽蔵で無料です。

太陽のエネルギーは宇宙から来ています。空気を加熱し、波を起こす風を作り出します。それは熱エネルギーを蓄える海を温めます。それは、地球の自転の影響下で同時に方向を変える動きの流れを設定します。

太陽と月の引力のエネルギーは宇宙から来ます。それは地球と月のシステムの背後にある原動力であり、潮の干満を引き起こします. 海は平らで生命のない水の広がりではなく、絶え間ないエネルギーの巨大なパントリーです. ここで波がはね、引き潮が生まれ、流れが交差し、これらすべてがエネルギーに満ちています。波力のブイと灯台は、すでに日本の沿岸海域に点在しています。長年にわたり、米国沿岸警備隊のホイッスルは波の振動によって作動しています。

今日、波エネルギーを使用する装置に取り組んでいる独自の発明者がいない沿岸地域はほとんどありません。

1966 年以来、フランスの 2 つの都市は、潮力エネルギーによって電力需要を完全に満たしてきました。ランス川 (ブルターニュ) の発電所は、24 基のリバーシブルタービン発電機で構成され、このエネルギーを使用しています。この発電所の出力は 240 メガワットで、フランスで最も強力な水力発電所の 1 つです。

1970 年代、エネルギー部門の状況が変わりました。中東、アフリカ、南アメリカのサプライヤーが石油の価格を引き上げるたびに、潮力エネルギーは化石燃料との価格競争に成功したため、より魅力的になりました.

この直後、ソ連、韓国、イギリスで海岸線の輪郭とそこに発電所を建設する可能性への関心が高まりました。これらの国では、津波のエネルギーを利用することについて真剣に考え始め、この分野の科学研究に資金を割り当てて計画を立てました。

少し前に、海洋科学者のグループが、メキシコ湾流が時速 5 マイルの速度でフロリダの海岸近くの水を運んでいるという事実に注目を集めました。この温水の流れを利用するというアイデアは非常に魅力的でした。出来ますか？風車に似た巨大なタービンと水中プロペラは、電流からエネルギーを抽出することによって電気を生成できますか? 「できる」 - 1974 年のマイアミ (フロリダ州) の国立海洋大気庁の後援の下にあるマッカーサー委員会の結論. 一般的な意見は、特定の問題があるが、それらはすべて解決できるというものでした.予算の場合、「このプロジェクトには、現代の工学と技術思想の能力を超えるものは何もない」ためです。

最も先見の明のある科学者の 1 人は、1980 年代にはガルフストリームの電力が競争力を持つ可能性があると予測しました。

海は、栄養素、塩分、その他のミネラルを含む生命にとって素晴らしい環境を提供します。この環境では、水に溶解した酸素が、アメーバからサメまで、小さなものから大きなものまで、すべての海洋動物に栄養を与えます。同様に、溶解した二酸化炭素は、単細胞の珪藻から 200 ～ 300 フィート (60 ～ 90 メートル) の褐藻類まで、すべての海洋植物の生命を支えています。海洋生物学者は、海を自然の生命維持システムとして認識することから、そのシステムから科学的にエネルギーを抽出しようとする試みに移行するために、一歩前進する必要があるだけです。

1970 年代半ば、米国海軍の支援を受けて、海洋科学者、海洋技術者、ダイバーのチームが、太陽が降り注ぐサンクレメント近くの太平洋の下 40 フィートに、世界初の海洋エネルギーファームを作成しました。農場は小さかった。基本的に、それはすべて単なる実験でした。この農場では、巨大なカリフォルニアケルプを栽培していました。

サンディエゴ (カリフォルニア州) の海洋および海洋システム研究センターの従業員であるプロジェクトディレクターのハワード A. ウィルコックス博士によると、「これらの藻類のエネルギーの最大 50% を燃料、つまり天然ガスのメタンに変換できます。約100,000エーカー（40,000ヘクタール）の面積で褐藻類を栽培する未来の海の農場は、人口50,000人のアメリカの都市のニーズを完全に満たすのに十分なエネルギーを供給することができるでしょう。」

海は常に波、潮、海流のエネルギーに富んでいます。古代の漁師は、水流の動きを観察することで、「潮力」や「昆布の養殖」について何も知りませんでしたが、干潮時に海に出て、干潮時に戻る方が簡単であることを知っていました。満潮。もちろん、彼らは時々、波がひどく激しく岸に打ちつけ、岩に石を投げつけることや、常に自分たちを適切な島に運んでくれる「海の川」、そしていつでも自分たちで餌を食べることができることも知っていました。、魚、海で生育する食用藻. 今日の新しい燃料の必要性が高まる中、海洋学者、化学者、物理学者、エンジニア、および技術者は、潜在的なエネルギー源として海にますます注目しています.

海には大量の塩が溶けています。塩分はエネルギー源として利用できますか?

多分。海中の塩分濃度が高いため、カリフォルニア州ラコラにあるスクリッペ海洋研究所やその他のセンターの多くの研究者が、そのような施設を作成するというアイデアを思いつきました。彼らは、大量のエネルギーを得るために、塩水と非塩水の間で反応が起こるバッテリーを設計することは十分に可能であると信じています.

海水の温度は場所によって異なります。北回帰線と南回帰線の間では、水面は華氏 82 度 (27 ℃) まで熱くなります。 2000 フィート (600 メートル) の深さでは、温度は華氏 35、36、37、または 38 度 (2 ～ 3.5 C) に下がります。疑問が生じます: 温度差を利用してエネルギーを生成することは可能ですか? 水中に浮かぶ火力発電所は電気を生み出すことができますか?

はい、可能です。

1920 年代初頭、才能があり、決断力があり、非常に粘り強いフランスの物理学者であるジョルジュクロードは、この可能性を探ることにしました。一連の試みが失敗した後、キューバの海岸近くの海のセクションを選択した後、彼はなんとか22キロワットの容量の設備を手に入れることができました。これは偉大な科学的成果であり、多くの科学者に歓迎されました。

表層では温水を、深層では冷水を使用し、適切な技術を生み出すことで、発電に必要なすべてのものを手に入れることができ、海洋熱エネルギーの使用を支持しています。「私たちの推定によると、これらの地表水には、世界が必要とするエネルギーの 10,000 倍のエネルギーが蓄えられています。」

「悲しいかな」と懐疑論者は反論した。この 22 キロワットを得るために、クロードはポンプの操作に 80 キロワットを費やさなければならなかったため、うまくいきませんでした。

今日、SCRIPP 海洋研究所のジョンアイザック教授は、計算をより正確にします。彼によると、現代の技術により、海の温度差を利用して発電する発電所を作ることができるようになり、現在の世界の消費量の 2 倍の電力を生産できるようになるでしょう。これは、海洋火力発電所（OTES）によって生成された電力になります。

もちろん、これは有望な予測ですが、たとえそれが実現したとしても、その結果が世界のエネルギー問題の解決に役立つわけではありません。もちろん、OTEC の電源へのアクセスは絶好の機会ですが、(少なくとも今のところ) 電気は飛行機を空に持ち上げたり、車、トラック、バスを動かしたり、海を渡って船を動かしたりしません。

しかし、飛行機や車、バスやトラックは、水から抽出できるガスで動力を得ることができ、海には十分な水があります。このガスは水素であり、燃料として使用できます。水素は、宇宙で最も豊富な元素の 1 つです。海では、水の一滴一滴に含まれています。水の処方を覚えていますか？式 HOH は、水分子が 2 つの水素原子と 1 つの酸素原子で構成されていることを意味します。水から抽出した水素を燃料として燃やし、さまざまな車両を動かすだけでなく、発電にも使用できます。

最近、再生可能エネルギー源は科学者の精査の下に置かれています。明日のことを考えさせられる時が来ており、地球の鉱物の使用は無限ではないことを明確に理解する時が来ました.

再生可能エネルギー源 (RES)

太陽の核融合反応は、代替エネルギーの出現の主要なプロセスです。天文学者の計算によると、この惑星の寿命は 50 億年と見積もられており、太陽放射の実質的に無限の供給を判断することができます。再生可能エネルギー源は、太陽から入ってくる流れだけでなく、風、波、自然の動きなど、他の派生物でもあります。長い間、自然は太陽放射の使用に適応し、熱平衡に達しました。この受け取ったエネルギーは、地球上で必要なすべてのプロセスを開始した後、宇宙に戻るため、地球温暖化にはつながりません。再生可能エネルギー源の持続可能な利用が最優先

この分野の研究をリードする科学者。実際、受け取ったすべての太陽放射のうち、地球上の生命プロセスを維持するために使用されるのは 3 分の 1 にすぎず、植物が必要とする光合成のために 0.02% が消費され、残りの請求されない部分は宇宙空間に戻ってきます。

種類と用途

再生可能エネルギー源は、いくつかの主要コンポーネントで構成されています。

デンマーク国立研究所は、2050 年までに世界が炭素排出量の非常に少ないエネルギーに切り替えることができるというレポートを作成しました。同時に、そのコストは、地球の腸から天然資源を抽出するコストよりもはるかに低くなります。