Які основні джерела енергії на Землі?

На виховання такого виду, як homo sapiens. За останні кілька століть цей вид виник як взаємопов’язана глобальна присутність таким чином, який, наскільки відомо науці, ніколи раніше не зустрічався на планеті.

Види енергії, необхідні людям, включають електроенергію для харчування своїх будинків та виробництв, біохімічну енергія для живлення їхнього тіла та горючі ресурси для тепла, транспорту та промисловості виробництво.

У широкому масштабі здатність Землі забезпечити те, що потрібно людям, залежить від п'яти основних джерел:

• Сонце, що гігантський реактор термоядерного синтезу в небі, постачає енергію в порядку йотвататів (10²⁴ ват) 24/7.
• Вода, що є не тільки життєво важливим для життя, але яке також можна використати для виробництва енергії.
• Сила тяжіння, таємнича сила, яка створює і руйнує зірки, відповідає за припливи і відтіки, і вона перетворює воду в джерело конвертованої кінетичної енергії.
• Рухи землі створювати добові та сезонні різниці температур, які генерують вітри та океанічні течії, які можна перетворити на електрику.
• Радіоактивність є природним розпадом важких елементів на легші з результатом випромінювання випромінювання. Випромінювання створює тепло, яке може використовуватися для виробництва електроенергії.

Крім того, важливим джерелом енергії для людей є органи, що розкладаються, що процвітали та загинули протягом еонів. На відміну від перерахованих вище ресурсів, ця пропозиція обмежена.

Викопне паливо, яке включає нафту, природний газ та вугілля, насправді є іншою формою сонячної енергії. Кілька років тому живі організми перетворювали сонячне світло і тепло в молекули на основі вуглецю, які формували їхні тіла. Організми загинули, а їхні тіла занурились глибоко в землю і на дні океанів. Сьогодні енергія, заблокована цими вуглецевими зв’язками, може бути звільнена шляхом отримання того, у що перетворилися їх залишки, і спалення їх.

Нафта і природний газ надходять із мікроскопічного морського планктону, який жив мільйони років тому. Вони загинули і опустилися на дно океанів, де розкладання та інші хімічні процеси перетворили їх у воскоподібні кероген і затримується бітум. Зрештою океанські русла висохли, і ці матеріали були поховані під камінням та грунтом. Вони стали сировиною для виготовлення, бензином, дизельним паливом, гасом та низкою інших нафтопродуктів.

Традиційним способом видобування сирої нафти з землі є буріння, але гідророзрив пласта, або фракінг, стала часто використовуваною сучасною альтернативою. Під час цього процесу суміш піску, води та потенційно небезпечних хімічних речовин виштовхується в землю для витіснення нафти. Фракінг - дорогий процес, який має ряд шкідливих наслідків для основи, рівня води та навколишнього повітря.

Вугілля походить від наземних рослин, які оселилися на болотах і болотах і перетворилися на торф. Торф твердів, коли земля висихала, і врешті-решт його засипали камінням інше сміття. Тиск перетворив його на чорну, кам'янисту речовину, згорілу на багатьох промислових заводах та електростанціях. Все це почало відбуватися приблизно 300 мільйонів років тому, коли динозаври бродили по землі, але всупереч поширеному міфу, вугілля не розкладається динозаврами.

Тисячоліттями люди використовували силу води для виконання роботи, а у фізиці робота є синонімом енергії. Водяні колеса, розміщені біля потоку або водоспаду, використовували енергію, що генерується переміщенням води, для подрібнення зерна, зрошення посівів, розпилювання деревини та виконання багатьох інших завдань. З появою електрики водяні колеса перетворили на електростанції.

Водяна турбіна є серцем гідроелектростанції, і вона працює завдяки явищу електромагнітної індукції, виявленому фізиком Майклом Фарадеєм у 1831 році. Фарадей виявив, що обертовий магніт всередині котушки або провідного дроту генерує електричний струм в котушці, і менше ніж через 100 років, перший індукційний генератор з’явився в Інтернеті на Ніагарі Водоспад.

Сьогодні гідроелектростанції постачають близько 6 відсотків споживаної електроенергії у всьому світі. З іншого боку, спалення викопного палива для виробництва парових та спірових турбін генерує майже 60 відсотків світової електроенергії. Більшість гідроенергетики генерується дамбами, а не водоспадами.

Дамба, як потік або водоспад, залежить від сили тяжіння. Вода надходить у прохід у верхній частині дамби, протікає по трубі, яка збільшує свою енергію, і обертає турбіну перед виходом біля основи дамби. Дві найбільші в світі гідроелектростанції - це гребля Три ущелини в Китаї, яка виробляє 22,5 гігават енергії, і дамба Ітайпу на кордоні Бразилії / Парагваю, яка генерує 14 ГВт. Найбільша дамба Північної Америки - дамба Гранд-Кулі у штаті Вашингтон, яка виробляє лише близько 7 мегават.

Світовий океан є одним із найважливіших енергетичних ресурсів у світі з двох причин. Перший - це те, що вони мають течії, які спільно з вітрами утворюють хвилі. Хвилі можна перетворити на електрику. Оскільки вони є результатом різниці температур, спричиненої теплом сонця, хвилі та струми, що їх утворюють, технічно є формою сонячної енергії.

Інший енергетичний ресурс океанів - це припливи і відпливи, які спричинені гравітаційним впливом Місяця та Сонця, а також рухами самої Землі. Існують також технології перетворення енергії припливів та відпливів в електрику.

Станції, що генерують хвилі, ще не є загальнодоступними, а прототип, який був розміщений біля узбережжя Шотландії, генерує лише 0,5 МВт. Доступні хвильові технології включають:

• Поплавки та буї, які піднімаються та опускаються на хвилях та генерують потужність за допомогою гідравлічних пристроїв.

• Коливальні водяні стовпи, які дозволяють воді потрапляти в камеру і стискати замкнуте повітря, яке потім обертається турбіною.

• Конічні системи каналів, які прив’язані до берега. Вони направляють воду у високі водосховища, і коли їй дозволяється падати, вона обертається турбіною.

Приливні електростанції можуть використовувати потужність вхідних та вихідних припливів і відливів для безпосереднього обертання турбін. Вода в 800 разів щільніше повітря, тому, якщо турбіну розмістити на дні океану, припливні рухи створюють значну силу для їх обертання. Однак припливні баражні системи є більш поширеними.

Припливний приплив - це бар’єр, встановлений через припливний басейн, який дозволяє проникнути воді з припливу, що піднімається, а потім закриває та контролює відтік припливу. Найбільшим таким генератором є припливна електростанція на озері Сіхва в Південній Кореї. Він генерує близько 254 МВт.

Два найвідоміші способи виробництва електроенергії таким чином, щоб не покладатися на зникаюче викопне паливо і не створювати забруднення, - це використання вітрогенераторів або фотоелектричних панелей. Оскільки Сонце відповідає за перепади температур, які створюють вітер, то, строго кажучи, обидві форми сонячної енергії.

Вітрогенератори працюють так само, як гідроелектричні або хвильові. Коли дме вітер, він обертає вал, який з'єднаний шестернями з турбіною, що генерує індукцію. Сучасні турбіни відкалібровані для забезпечення струму змінного струму на тій же частоті, що і звичайна потужність змінного струму, що робить її доступною для негайного використання. Вітрові електростанції у всьому світі постачають майже 5 відсотків світової електроенергії.

Панелі сонячних батарей покладаються на фотоелектричний ефект, завдяки якому сонячне випромінювання створює напругу в напівпровідниковому матеріалі. Напруга створює постійний струм, який повинен бути перетворений в змінний, пропускаючи його через інвертор. Сонячні батареї виробляють електроенергію лише тоді, коли сонце не заходить, тому їх часто використовують для зарядки акумуляторів, які зберігають енергію для подальшого використання.

Панелі сонячних батарей представляють, мабуть, один із найбільш доступних способів виробництва електроенергії, але вони постачають лише незначну частину світової електроенергії - менше 1 відсотка.

Власне кажучи, процес поділу ядер не є природним явищем, але він походить від природи. Ядерний поділ було винайдено незабаром після того, як вчені змогли зрозуміти атом і природне явище радіоактивності. Хоча спочатку для поділу бомб використовували розподіл, перша атомна електростанція з’явилася в мережі лише через три роки після вибуху першої бомби на місці Трійці в пустелі Нью-Мексико.

Регульовані реакції поділу відбуваються всередині всіх атомних електростанцій світу. Він виробляє тепло для кипіння води, яка виробляє пару, необхідну для приводу електричних турбін. Як тільки починається реакція ділення, їй потрібно мало палива, щоб тривати нескінченно довго.

Майже 20 відсотків світових потреб у електриці задовольняються атомними енергетичними генераторами. Спочатку ядерне ділення ядер вважалося дешевим джерелом практично необмеженої потужності недоліки, не менш важливим з яких є можливість плавлення та неконтрольований викид шкідливих речовин випромінювання. Дві відомі аварії, одна на російській Чорнобильській електростанції та інша на японській Фукусімі, усунувши ці небезпеки та зробивши виробництво атомної енергії менш привабливим, ніж колись було.

У глибині земної кори тиск і температури настільки великі, що зріджують гірські породи до розплавленої лави. Цей перегрітий матеріал проходить через прожилки в корі, які час від часу направляють його близько до поверхні. Громади в районах, де це відбувається, можуть використовувати тепло для виробництва електроенергії та для забезпечення тепла своїх будинків. Це називається геотермальною енергією, а в деяких випадках вона збільшується за рахунок радіоактивних матеріалів у землі, які також генерують тепло.

Для використання геотермальної енергії розробники бурять тунель у землю на відповідній ділянці та циркулюють воду через тунель. Нагріта вода виходить на поверхню у вигляді пари, де її можна використовувати безпосередньо для нагрівання або для обертання турбіни. У деяких випадках тепло передається від води до іншої речовини з нижчою температурою кипіння, наприклад до ізобутану, і утворюється пара обертається турбінами.

У своїй найпростішій формі геотермальна енергія забезпечує зцілення та затишок у природних курортах та гарячих джерелах до тих пір, поки є люди, які відвідують їх. Японія - одна з найбільш геологічно активних країн у світі, і вона має велику мережу природних гарячих джерел і довгу історію замочування. Експерти підрахували, що в ньому достатньо геотермальних ресурсів, щоб забезпечити до 10 відсотків електроенергії потреб, роблячи свій геотермальний потенціал третім у світі, поступаючись лише США та Російській Федерації Індонезія.

Деякі ресурси є крихкими і зникають, і перетворення їх у корисну енергію створює забруднюючі речовини, які змінюють планетарне середовище. Інші ресурси залежать лише від сонячної та планетарної динаміки, яка обіцяє залишитися незмінною протягом наступних кількох мільярдів років. У теперішній момент людство має зробити невідкладний вибір. Саме виживання може залежати від здатності за короткий проміжок часу переключити свою залежність від першої до другої.